(57)【要約】    【課題】温度検出の信頼性、再現性を向上させる温度検出ユニットを提供する。    【解決手段】温度検出ユニットは、熱電対の温度検出端を接着し形成されたセンサチップ４０と、加熱室１０に気密に固着され着脱可能なロッド支持部７４とロッド支持部７４に固着し加熱室１０内に挿入可能とすると共にセンサチップ４０を着脱可能に支持するセンサチップ支持部７３とでユニット化された支持装置とを有するので、温度検出の信頼性、再現性を向上させ、更に取扱が容易であり、温度検出ユニットの着脱も容易である。    【選択図】        図１
2006352145.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板を加熱する加熱室と、該加熱室内の温度を検出する温度検出ユニットとを具備し、該温度検出ユニットは、熱電対の温度検出端を接着し形成されたセンサチップと、前記加熱室に気密に固着され着脱可能なロッド支持部と該ロッド支持部に固着し前記加熱室内に挿入可能とすると共に前記センサチップを着脱可能に支持するセンサチップ支持部とでユニット化された支持装置とを有することを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】
被処理基板を加熱する加熱室を有する熱処理装置に用いられる前記加熱室の温度を検出する温度検出ユニットであって、熱電対の温度検出端を接着し形成されたセンサチップと、前記加熱室に気密に固着され着脱可能なロッド支持部と該ロッド支持部に固着し前記加熱室内に挿入可能とすると共に前記センサチップを着脱可能に支持するセンサチップ支持部とでユニット化された支持装置とを有することを特徴とする温度検出ユニット。
【請求項３】
被処理基板を加熱する加熱室を有する熱処理装置に用いられる前記加熱室の温度を検出する温度検出ユニットであって、熱電対の温度検出端を接着し形成されたセンサチップと、前記加熱室に気密に固着され着脱可能なロッド支持部と該ロッド支持部に固着し前記加熱室内に挿入可能とすると共に前記センサチップを着脱可能に支持するセンサチップ支持部とでユニット化された支持装置とを有することを特徴とする温度検出ユニットにより前記加熱室内の温度を検出する工程と、該検出された温度に基づき前記加熱室で被処理基板を加熱する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造装置の処理室、或はその他熱処理装置の処理室内の温度を検出する温度センサを支持する為の温度センサの支持装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
加熱処理を行う処理装置、例えば半導体製造装置の処理室ではシリコンウェーハ等の被処理基板に薄膜を生成、エッチング、或はアニール処理等の熱処理を行うが、処理中の温度は成膜状態、処理状態に大きく影響する。従って、処理室内の所要箇所に温度センサを設置して、処理中の温度を検出すると共に、検出結果を基に温度制御を行っていた。
【０００３】
従来処理室内の温度を検出する方法としては、シース熱電対を処理室外部から挿入して検出し、シースが加熱され発光する受光量を検出しているか、或は熱電対をシリコンチップに接着し、該シリコンチップを処理室内の所要箇所に設置し検出している。特に、処理室が気密構造である場合は熱電対の貫通箇所にはハーメチックフランジを用いて気密としている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
シース熱電対を処理室内に挿入するもので、シースに金属を用いた場合は、急速高温加熱した場合の熱衝撃に弱い。又、半導体を製造する場合では金属汚染の原因となる虞れがある。熱衝撃、金属汚染を考慮しシースをセラミック、又は石英で製作した場合は応答性に欠け、又受光量に問題があり、温度検出の信頼性に欠けるという問題があった。
【０００５】
次に、熱電対をシリコンチップに接着するものでは、シリコンチップを処理室内の所定箇所に正確に位置決めする手段がなく、又位置決め後固定する手段もないので所定の位置に正確に設置することが難しい。更に、センサ周辺の影響を受けやすく、設定位置により測定結果にばらつきを生じ、温度検出の再現性に問題があった。
【０００６】
本発明は斯かる実情に鑑み、急速加熱した場合の熱衝撃に耐え、更に温度検出の信頼性、再現性を向上させようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、加熱室に気密に固着され着脱可能なロッド支持部に支持ロッドを固着し、該支持ロッドを前記加熱室内に挿入可能とすると共に該支持ロッドの先端に１対のクランプを設け、該クランプに温度検出センサを把持した温度センサの支持装置に係り、又前記クランプの一方が把持方向に回転可能であり、前記支持ロッドにスライドパイプをスライド可能に嵌合し、該スライドパイプを前記回転可能なクランプに当接すると共にスプリングにより把持方向に付勢した温度センサの支持装置に係り、更に又前記ロッド支持部が加熱室に気密に固着可能なロッドホルダと該ロッドホルダに気密に固着可能なフランジを具備し、前記ロッドホルダが中空であり、該中空部に前記温度検出センサからの素線が導かれ、前記フランジには導電線が気密に挿通し、該導電線と前記素線とは前記中空部で接続された温度センサの支持装置に係るものである。
【発明の効果】
【０００８】
温度検出センサはユニット化された温度センサの支持装置に支持されるので、取扱が容易であり、保守性が良く、更に温度センサ把持部は可動であり熱膨張差を吸収でき損傷を防止し、更にロッド支持部は気密構造であるので加熱室への着脱が容易であり、更に温度検出器の着脱も容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
【００１０】
先ず、図２、図３に於いて、本発明が実施された半導体製造装置の処理室、特に急速高温加熱が行われるランプアニール処理装置について説明する。
【００１１】
中央に円形の空間が形成された加熱室壁部１の下端に透明な底板２を介して加熱室底部３が気密に設けられ、前記加熱室壁部１の上端には透明な天板４を介して加熱室天井部５が気密に設けられている。前記加熱室壁部１の空間には円筒状の内壁６が嵌設され、前記底板２、天板４、内壁６により加熱室７が画成される。
【００１２】
前記加熱室底部３には前記底板２に対向して反射板８が設けられ、該反射板８と前記底板２との間に図３中紙面に対して垂直な棒状のランプ、例えばハロゲンランプ９が所要間隔で設けられ、下ランプユニット１０を構成する。前記加熱室天井部５には前記天板４に対向して反射板１２が設けられ、該反射板１２と前記天板４との間に図３中紙面に対して垂直な棒状のランプ、例えばハロゲンランプ９が所要間隔で設けられ、上ランプユニット１３を構成する。
【００１３】
前記加熱室７には前記天板４に対向して上均熱板１４が設けられ、前記底板２に対向して下均熱板１５が設けられ、該下均熱板１５は中央部が刳貫かれ、中央部には回転ステージ１６が設けられている。該回転ステージ１６は前記加熱室底部３を貫通して下方に延出する支持軸１７に支持されると共に該支持軸１７を介して回転される様になっている。前記回転ステージ１６には被加熱物、例えばウェーハ１８が載置可能であり、該ウェーハ１８は前記加熱室壁部１に穿設された搬送口１９、前記内壁６に穿設された通孔２０を通して搬入、搬出され、前記搬送口１９はゲート弁２１により気密閉塞或は開放可能となっている。
【００１４】
前記ウェーハ１８の搬入搬出方向と平行に２組の棒状の温度検出ユニット２４，２５が中心線を挾んで対称な位置に、前記加熱室壁部１を貫通して気密に取付けられ、又前記ウェーハ１８の搬入搬出方向と直交し、中心線を挾んで対向して温度検出ユニット２６，２７が前記加熱室壁部１を貫通して気密に取付けられている。
【００１５】
前記温度検出ユニット２４，２５，２６，２７の温度検出点はそれぞれの先端に位置し、各温度検出点は加熱室７の中心と同心の円周の４等分した位置に配置される。前記温度検出ユニット２４，２５，２６，２７の温度検出結果は適宜目的に合わせて使用され、例えば前記温度検出ユニット２４の温度検出結果は温度制御用、温度検出ユニット２５の温度検出結果は加温モニタ用、温度検出ユニット２６，２７の温度検出結果はモニタ用にそれぞれ利用される。
【００１６】
前記温度検出ユニット２４，２５，２６，２７を説明する。尚、温度検出ユニット２４，２５，２６，２７は同一構造であるので、以下は温度検出ユニット２５について説明する。
【００１７】
固定クランプ３０は基部を上下２枚のクランプ保持板３１により挾持固着され、前記固定クランプ３０に対峙する略Ｌ字形状の可動クランプ３２は前記クランプ保持板３１間に挿入されると共にピン３３を介して枢着されている。前記固定クランプ３０の内側には前記可動クランプ３２側に突出する固定突起３４，３４が形成されると共に前記固定クランプ３０の内側基部には位置決め舌部３５が形成されている。前記可動クランプ３２の内側先端部には前記固定クランプ３０側に突出する可動突起３６が突設されると共に可動クランプ３２の内側基部には位置決め舌部３７が形成され、前記可動クランプ３２の角部には受圧部３８が突設されている。後述する様に固定クランプ３０、可動クランプ３２間にセンサチップ４０を把持する。
【００１８】
前記クランプ保持板３１には支持ロッド４２の先端が固着され、該支持ロツド４２にはスライドパイプ４３が摺動自在に嵌合すると共にスプリング４４が嵌設されている。前記支持ロッド４２にスプリングストッパ４５がボルト４６により固着され、前記スプリング４４は前記スライドパイプ４３とスプリングストッパ４５間で圧縮状態であり、前記スライドパイプ４３を前記クランプ保持板３１側に付勢している。
【００１９】
前記スライドパイプ４３の先端部には駒４７が固着され、前記スライドパイプ４３は前記駒４７を介して前記受圧部３８に当接し、前記可動クランプ３２は前記ピン３３を中心に先端が中心側に付勢されている。前記支持ロッド４２の基端部は前記スプリングストッパ４５を貫通し、基端部には割りリング４８が嵌合され、更に基端部はロッドホルダ４９に嵌合し、押し螺子５０により固定されている。前記ロッドホルダ４９は先端側、基端側にそれぞれフランジ部５２，５３を有するボビン状であり、先端側は更にボス部５４が突出し、該ボス部５４に前記支持ロッド４２の基部が嵌合する。前記ロッドホルダ４９は中空であり、前記ボス部５４にはロッド保持孔５５が穿設されると共に該ロッド保持孔５５の両側に通孔５６，５６が穿設され、前記ロッド保持孔５５、通孔５６，５６はロッドホルダ４９の中空部（図示せず）に連通している。前記フランジ部５２の先端面にはＯリング溝５７が刻設され、該Ｏリング溝５７にはＯリング５８が嵌設される。
【００２０】
前記固定クランプ３０、可動クランプ３２、支持ロッド４２等によりセンサチップ支持部７３が構成され、前記ロッドホルダ４９、フランジ６１によりロッド支持部７４が構成され、前記センサチップ４０は前記センサチップ支持部７３とロッド支持部７４とでユニット化された支持装置に着脱可能に支持される。
【００２１】
上記した固定クランプ３０、クランプ保持板３１、可動クランプ３２、ピン３３、支持ロッド４２、スライドパイプ４３等前記加熱室７内に露出するものは金属汚染を避ける為石英製となっている。又、前記スプリング４４、スプリングストッパ４５は金属製であるが、加熱室７の周辺部であり、特に加熱室壁部１の内部に入込んでおり、光の照射を受けないので金属汚染の原因とならない。
【００２２】
前記ロッドホルダ４９にはフランジ６１がＯリング６２を介在させボルト６０により気密に固着される。前記フランジ６１の先端面にはＯリング溝６３が刻設され、該Ｏリング溝６３には前記Ｏリング６２が嵌設される。前記フランジ６１には２本の導電線６４，６５が気密に挿通され、該導電線６４，６５の両端はフック形状に屈曲されている。
【００２３】
前記センサチップ４０の中央には熱電対の温度検出端６７が埋込まれ接着され、温度センサとして機能する。前記温度検出端６７より延びる熱電対素線６８，６８は石英チューブ６９，６９で被覆されている。該石英チューブ６９で被覆された熱電対素線６８，６８は前記クランプ保持板３１とクランプ保持板３１との間隙を挿通し、前記通孔５６，５６を挿通する。熱電対素線６８，６８の基端は前記導電線６４，６５のフック部に螺子７０，７０によって接続される。
【００２４】
前記センサチップ４０はクランプ保持板３１側の両角部が前記位置決め舌部３５、位置決め舌部３７にそれぞれ当接し、軸心方向の位置決めがされ、更に前記スプリング４４の付勢力により、前記固定突起３４，３４と可動突起３６の３点により適宜な力で把持される。
【００２５】
前記加熱室壁部１への取付けは、前記ボス部５４より先端側を加熱室７内に挿入し、前記フランジ部５２をボルトにより固着する。前記フランジ部５２と加熱室７間にはＯリング５８が介在し、気密となる。
【００２６】
前記センサチップ４０は前記固定クランプ３０、可動クランプ３２により把持されることで、前記フランジ部５２からの寸法は機械的に決定され、更に所定の高さに保持される。
【００２７】
以下、作用を説明する。
【００２８】
前記ゲート弁２１が開かれ、前記搬送口１９を通してウェーハ１８が回転ステージ１６に載置される。前記ゲート弁２１が前記搬送口１９を閉鎖し、前記ランプ９、ランプ９が加熱する。加熱中は前記回転ステージ１６が回転する。ランプ９、ランプ９は先ず上均熱板１４、下均熱板１５、回転ステージ１６を加熱し、該上均熱板１４、下均熱板１５、回転ステージ１６を介して前記ウェーハ１８を加熱する。この為、ランプ９、ランプ９の加熱むらが解消され、前記ウェーハ１８は均一に加熱される。
【００２９】
加熱中前記センサチップ４０も加熱され、加熱中の温度は前記温度検出端６７により検出される。前記センサチップ４０、固定クランプ３０、可動クランプ３２は加熱により熱膨張し、熱膨張差による変位が生じるが、前記可動クランプ３２は可動であり、熱膨張差分が変位し、該変位は前記スライドパイプ４３の軸方向の変位、前記スプリング４４の撓み変化により吸収される。而して、前記固定クランプ３０、可動クランプ３２、センサチップ４０が熱膨張で損傷することはない。
【００３０】
更に、前記センサチップ４０と前記固定クランプ３０、可動クランプ３２との接触箇所は固定突起３４、位置決め舌部３５、可動突起３６、位置決め舌部３７と部分的であり、接触部が少なく温度の逃げが少なく、而もセンサチップ４０自体は熱容量の少ないものとすることができ、急速加熱に対する熱応答性が良く、更には表裏両面で光の照射を受けるので正確な温度測定が可能となる。
【００３１】
前記４つの温度検出ユニット２４，２５，２６，２７による検出結果は、温度検出ユニット２４については温度制御用、温度検出ユニット２５については過温監視用に、又温度検出ユニット２６，２７についてはモニタ用に利用される。
【００３２】
温度検出ユニットの保守点検を行うには温度検出ユニットをランプアニール装置の室外から着脱を行う。又温度検出ユニットの予備を設けておけば、保守点検中加熱炉を休止させる必要が無く稼働率が向上する。
【００３３】
以上述べた如く本発明によれば、温度検出センサはユニット化された温度センサの支持装置に支持されるので、取扱いが容易であり、保守性が良く、加熱室の所要の高さに支持可能であるので温度検出センサは表裏両面から加熱され、更に温度センサ自体は熱容量が小さいものとすることができ、加熱に対する応答性が良く正確な温度測定が可能となり、更に温度センサ把持部は稼働であり熱膨張差を吸収でき損傷を防止し、更にロッド支持部は気密構造であるので加熱室への着脱が容易であり、更に温度検出器の着脱も容易である等の優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態を示す分解斜視図である。
【図２】本発明に係る温度センサの支持装置が設けられるランプアニール装置の平面図である。
【図３】同前ランプアニール装置の立断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１          加熱室壁部
７          加熱室
１０        下ランプユニット
１３        上ランプユニット
１８        ウェーハ
２４        温度検出ユニット
２５        温度検出ユニット
２６        温度検出ユニット
２７        温度検出ユニット
３０        固定クランプ
３２        可動クランプ
４０        センサチップ
４２        支持ロッド
４３        スライドパイプ
４４        スプリング
４９        ロッドホルダ
６１        フランジ
６７        温度検出端
６８        熱電対素線
７３        センサチップ支持部
７４        ロッド支持部
【図１】
2006352145.tif 000003
【図２】
2006352145.tif 000004
【図３】
2006352145.tif 000005